ut stella 素 核 研 は 星 のごとく極微の世界から宇宙までを多面的に探究する

素粒子原子核研究所（素核研）は、極小（素粒子）から極大（宇宙）までの世界をつかさどる物理理論を進展させ、それらを最先端の実験により確かめていく研究所です。

5 つの分野に分かれて研究を続ける素核研の組織はまるで「星」のような形をしています。

ATLAS 実験★

エネルギー

かつて……すべての物質は原子でできていると思われていました。

フロンティアやがて、原子は原子核と電子でできていることがわかりました。

将来のコライダー計画★

さらに、原子核は陽子と中性子でできていることがわかり、陽子や中性子は「クォーク」でできていることがわかりました。今のところ、この「クォーク」と電子とその仲間の「レプトン」は「素粒子」と呼ばれ、物質の最小構成単位だと考えられています。
この世界、つまり宇宙では、物質を構成する素粒子に対して4 種類の力が働いています。重力、電磁気力、強い力、弱い力。
これらのうち、電磁気力、強い力、弱い力の 3 つは、それぞれ別の種類の素粒子（ボーズ粒子）によって伝えられていることがわかっています。

KISS 実験★

ハドロン実験

★

また、「ヒッグス粒子」はこれらの素粒子に質量を与える働きをしています。
物理学者たちは 100 年以上の時間をかけてこれらのことを含む「標準理論」を創り上げてきました。

138 億年前、誕生直後の宇宙はとても高温で、未だ発見されていない素粒子が存在していたと考えられます。
その後、宇宙は膨張し、温度が冷え、陽子や中性子ができ、原子核、原子、物質ができました。

原子核・理論物理

ハドロン物理

つまり、素粒子や原子核といった極小の世界を解き明かすことは、宇宙の歴史を遡っていくことを意味します。
素核研は、標準理論を包み込む新たな理論を創り、その理論への確証を実験によって得ていきます。
確かめられる実験装置が存在しない場合はその装置さえも自らの手で創り、素粒子から宇宙まで、すべてに通じる物理のルールを解き明かしていきます。

KOTO 実験

COMET 実験★

ut stella ── 星のごとく、素核研は未知を照らし続けます。

★

LiteBIRD★

ミューオンg-2/EDM★

※［ ut stella ］「星のように」を意味するラテン語。

UCN

フレーバー
Belle II 実験★★

COVER VISUALとKEK の泡箱が捉えた素粒子反応の飛跡を描いた図。数式は「アインシュタイン博士が導いた重力の方程式」「素粒子とそれに働く電磁気力・強い力・弱い力の方程式」を表しています。

物理★

T2K & Hyper-K

宇宙素粒子
物理

★

★ エネルギーフロンティア

人類未到の高エネルギー（エネルギーフロンティア）で新物理法則の発見を目指しています。

★ 原子核・ハドロン物理

原子核の性質や、原子核を結び付けている「強い力」の性質を研究します。

★ フレーバー物理

素粒子の異なる種類とその相互作用を研究することで、新物理法則発見を目指します。

★ 宇宙素粒子物理

宇宙観測を素粒子物理学的観点で進める研究です。

★ 理論物理素粒子・原子核物理学の理論的な基礎研究を行います。

［ IPNS: Institute of Particle and Nuclear Physics ］ i のドットと楕円は、原子中の電子と粒子加速器を意味し、P と N の重なりは素粒子物理学と原子核物理学が密接に絡み合っていることを表しています。

フレーバー物理

原子核・ハドロン物理

Be l l e I I 実 験

Belle II 測定器内部崩壊により生成される電子、ミューオン、パイオンなどの二次粒子はこれらの検出器によって精密に測定されます。

世 界 最高 衝 突 性 能の加速 器で新 物 理法 則の発 見を目指す
未解明な宇宙の謎を解く鍵となる新しい物理現象を探す、Belle II 実験。SuperKEKB 加速器で生成される粒子が崩壊するパターンを詳細に調べることで、粒子・反粒子の対称性の破れや宇宙初期に起こったはずの極めて稀な現象を再現し、未知の粒子や力の性質を明らかにします。それにより新しい物理法則の解明を目指し、宇宙から反物質が消えた謎や暗黒物質の正体に迫ります。

（写真上）中央飛跡検出器：チェンバー内に約 5 万 7 千本のワイヤーが張られています。

SuperKEKB/Belle II
世 界 唯 一の「スーパーBファクトリー」（写真下）エアロゲルRICHカウンター ： 捕らえられた光子の位置を高感度で検出し、粒子の識別を行います。

世界最高衝突性能をもつSuperKEKB 加速器

SuperKEKB 加速器
周長約 3kmのSuperKEKBは現在、電子と陽電子衝突型加速器のルミノシティ（衝突性能）の世界最高記録を保持しています。今後も様々な調整をBelle II 測定器

続け、さらなる衝突点ビームサイズの絞り込み・電流の増強によって、最終的には前身KEKBの数十倍のルミノシティ実現を目指しています。

宇宙から消えた反粒子のなぞ
宇宙の始まりであるビッグバンでは「物質」

で物 理 法 則が少しだけ異なることがこれと「 反物質 」が同じ量ずつ作られたと考えまでの実験結果や、標準理論で示されてられています。ところが、現在の宇 宙はほいます。1973 年に提唱された小林・益川ぼ「 物 質 」だけで満たされています。物 理

でCP 対 称 性が大きく破れると予 言され、物質を作る「粒子」と反物質を作る「反粒ら、その C P 対 称 性の破れは、なぜ「 反 物あると考えています。
「 C P 対 称 性 」とは、子」とで物理法則が同じであるとことを意れている、すなわち「 粒子 」と「 反粒子 」といます。

粒子と反粒子は出会うとエネルギーとなり消えてしまいます

暗黒物質の正体を探る
最新の宇宙観測によると、我々が知ってい暗黒物質

27%

測 定の目的に最 適 化された様々な検 出 器が、質」が消失したのかを説明するには小さす

ぎて、素 粒 子 物 理 学の大きな謎となって5%巨大なBelle II 測定器

高さ約 8 m 、重さ約 1 , 4 0 0トンです。内 部には、しかしながB e l l e 実 験で実 証されました。

味します。
しかしこの対称性はわずかに破物質

Belle II 測定器の全体の大きさは、幅約 8m 、

理 論では、ボトムクォークを含むB 中 間 子学者はこの一因に「 CP 対称性の破れ」が衝 突 点を中 心に円 筒 状に重なる構 造をしてい研究者が参加する国際共同実験で、前実験のます。 Belle II 実験は2023 年現在、27 の国と50 倍の B 中間子崩壊等のデータ収集を目指し地域、122 の大学・研究所から1,100 名以上のています。

る標準理論の「 物質 」は宇宙全体の 5%

Belle II 実験では暗黒物質も重要な研究対象です。例えば、「 Z ボゾン（ゼットプライムボゾを構成するにすぎず、残りの 95%は、未知ン）」と呼ばれる、現在の標準理論には含ま暗黒エネルギーの「 暗 黒 物 質 」や「 暗 黒エネルギー」だとれていない仮 説 上の粒 子は、暗 黒 物 質と68%考えられています。暗黒物質の正体は標通常の物質をつなぐ可能性があるとされて準 理 論の粒 子ではないこと以 外 、何もわいます。このような未知の暗黒物質の手がかっていません。

かりをあらゆる手を尽くして探しています。

ATLAS 実験における日本グループの貢献

エネルギーフロンティア

エネルギーフロンティア

内部飛跡検出器に設置するHL-LHC 実験用ピクセル読み出し半導体検出器モジュール。より精度高く荷電粒子の飛跡を捉えます。

人 類 未到の高エネルギーでの物 理法 則の探 究

様々な種類の検出器を使って、陽子・陽子の衝突によって生 成した多 量の粒 子の種 類 、運 動

高エネルギー加速器で誕生直後の宇宙を支配していた素粒子とその現象を創り出し、直接観測するのがエネルギーフロンティア実験で量 、エネルギー、通 過 位 置 、崩 壊 点などを測 定す。現在は、スイス・ジュネーブ近郊にあるCERN の LHC/ATLAS 国際共同実験を進め、LHC 実験が発見したヒッグス粒子の性質の徹します。日本グループは、内 部 飛 跡 検 出 器 、超底解明と未知粒子の発見を目指しています。

伝導ソレノイド電磁石、シンギャップチェンバー、ミューオン検出器用電子回路の開発から建設、そして、実験時の運転に至るまで重要な役割を担っています。
さらには、データ解析を行い、ヒッ
グス粒子発見をはじめとする様々な物理成果の創出においても活躍してきました。

LHC 実験は、陽子・陽子の衝突頻度を大きく高世 界 最 大の円 形 加 速器
LHCとATLAS 実 験めた高輝度化（ HL-LHC ）を進めています。 そのための検出器アップグレードに向けて、日本グループは、内部飛跡検出器とミューオントリガー検出器回路の刷新を主導しています。

次世代のエネルギーフロンティア実験に向けた測定器開発
LHC 実験や HL-LHC 実験で明らかになる新物理のエネルギースケールを調べる上げるための様々な次世代エネルギーフロンティア実験が計画されています。その代表例として、直線衝突型加速器「国際リニアコライダー（ InternationalLinear Collider: ILC ）」があります。KEK 素粒子原子核研究所は、国内外の大学・研究機関と協力して、ILCをはじめとする次世代のエネルギーフロンティア実験への導入を目指した検出器開発も進めています。

©Rey.Hori/KEK宇宙の成り立ちを説明する「大統一理論」や「万物の理論」に近づきたい
物 質は何からできているのか ? 誕 生 直

L H C 実 験がヒッグス粒 子を発 見したこと一 方で、ヒッグス場の性 質に関しては謎後の宇 宙はどんな世 界だったか ? これらで、宇宙に満たされたヒッグス場との反応が 多く、その 背 後 に「 標 準 理 論 」を超えの 問 題に実 験 的に挑んできたのがエネによって素 粒 子の質 量がもたらされるこる物 理 法 則が 潜んでいる可 能 性がありルギーフロンティア実 験です。2012 年にとが明らかになりました。

ます。また、宇 宙には「 暗 黒 物 質 」があることがわかっていますが、「 標 準 理 論 」にはこの候補がありません。これらの「 標準理 論 」では説 明できない 謎 の 解 明 に向© 2006-2023 CERNけ、
ヒッグス粒 子の性 質を徹 底 的に調べ上げて新物理のエネルギースケールを探LHC（大型ハドロン衝突型加速器）は、世界最る国 際 共 同 実 験で、エネルギーフロンティアグる、あるいは、超対称性粒子などの「 標準高の衝 突エネルギーを誇る円 形 加 速 器です。

ループは、検 出 器の建 設から物 理 解 析に至る

理論 」には存在しない新しい素粒子を探そのひとつの 衝 突 点で起こる反 応を直 径 2 2まで、ATLAS 実験の中で中核的な役割を担っメートル、長さ43メートル、総重量 7,000トンという巨大なATLAS 検出器で観測します。ATLAS

実 験は、約 3 , 0 0 0 人（ 修 士 課 程の学 生やエンジニアなどをふくめると6 , 0 0 0 人に近い）からなています。

LHCは陽子と陽子を衝突させる世界最大の円形加速器で、地下約 100メートルに設置されています。その周長は27キロメートルにもなります。

索することが重要です。これからのエネル
ギーフロンティア 実 験がこれらの 研 究を進め、電磁気力、弱い力、強い力の 3 つを統 一 的に理 解する「 大 統 一 理 論 」、さらには、重力までも統一する「 万物の理論 」へと近づけます。

©googemap

フレーバー物理

T2K実験
ニュートリノ振動で宇宙の物質・反物質の謎にせまる

J-PARC

J-PARCで作ったニュートリノビームを295km 離れたスーパーカミオカンデで観測し「ニュートリノ振動」の性質を詳しく調べるのが長基線ニュートリノ振動実験（ T2K 実験）です。T2K 実験は 2013 年、ミューニュートリノが電子ニュートリノに変化した決定的な証拠を得ることに世界で初めて成功しました。2014 年以降は反ニュートリノビームを用いて研究し、宇宙創成の謎の解明を進めています。

東海J-PARC

スーパーカミオカンデ

つくば東京

スーパーカミオカンデ

互いに入れ替わる、3 種類のニュートリノ
ニュートリノは、電 気 的に中 性で、最も軽うちに互いに入れ替わることがわかっていクォークや電 子の 100 万 分の 1 以 下のいます。例えば、加 速 器で 1 0 0 % 純 粋な質量しかもたない素粒子です。ニュートリ

ミューニュートリノを作っても、距離と共にノは他の物質とほとんど反応しないので、ある割合でタウニュートリノに変化し、さら我々の身近にあっても感じることができまに進むとまた元のミューニュートリノにもどせん。太陽から放射されるニュートリノが、ります。これを繰り返すので「ニュートリノ毎秒数百兆個も私たちの体をすり抜けて振動 」といいます。これはニュートリノが質います。ニュートリノには、電 子ニュートリ量をもち、世代間の混合がある場合に限ノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノのり起きる現 象です。T 2 K 実 験では 3 世 代あることが知られています。
3 種類（世代）

この 3 世 代あるニュートリノが 飛んでいるあるニュートリノの質 量と混 合の全 貌の解明に迫ります。

VeVμ

日本列島をまたいで配置 T2K 実験装置群
Vτ

J-PARCニュートリノ実験施設で発生させた世界最高強度のニュートリノビームは約 1ミリ秒後に295km 離れた岐阜県飛騨市神岡町に到達し、スーパーカミオカンデで観測されます。J-PARC 内の前置検出器では振動するニュートリノ振動現象の模式

T2Kニュートリノ振動実験が発見を目指す3 世代間図

前置ニュートリノ検出器前のニュートリノを観測しています。両方の観測結果を比較することにより、295km 走る間にどのように振動が起きるのか研究をしています。T2K 実験は2023 年現在、14か国と地域、から500 名以上の研究者が参加する国際共同実験です。

ニュートリノでCP 対称性の破れの解明へ
J-PARCで生成したニュートリノビーム

大強度陽子加速器施設 J-PARC（ Japan Proton Accelerator Research Complex ）では、陽子をリニアックで加速後、3GeVシンクロトロン（ RCS ）を経てメインリング（ MR ）に送り込みます。陽子をキッスーパーカミオカンデに到達したニュートリノ

実験データ

予測される数カーと呼ばれる電磁石により内向きに蹴りだし、神岡の方向に向けたあと、ターゲットに衝突させニュート検出された数リノビームを生成、スーパーカミオカンデに向けて発射します。

※ CP 対称性の破れがない場合

ほぼ純粋なミューニュートリノビーム大部分はタウニュートリノに変わる。ごく一部が電子ニュートリノに変わる。

ニュートリノ95.4108

反ニュートリノ

19.716INGRID 検出器

前置ニュートリノ検出器

これまでに明らかにしたミューニュートリノから電子ニュート

振 動する前 のニュートリノを測 定する前 置 検 出 器は、ターゲットから下リノへのニュートリノ振動の結果と比較して、ニュートリノと反ニュートリノで電子ニュートリノへの出現が同じ頻度ではほぼ純粋な反ミューニュートリノビーム大部分は反タウニュートリノに変わる。ごく一部が反電子ニュートリノに変わる。

起きない、
すなわちCP 対称性の破れがあることを示唆する

ND280 検出器

結果となりました。

流 280m にあり、深さ33.5ｍ、直 径 17.5ｍの実 験ホール内に設 置されています。前 置 検出器は、ニュートリノビーム中 心の安 定 性をモニターする「 INGRID 検出器」と、ニュートリノビームのエネルギー分布やビーム中の電子ニュートリノ成分の測定を行う「 ND280 検出器」の2つの検出器から構成

ニュートリノ2016 年、T2K 実験グループは、と反ニュートリノの振動パターンにおいて、およそ90% の確からしさで違いがあることを示す結果を発表しました。CP 対称性のされています。

電磁ホーン
パルス電流で生じた強磁場により、パイ中間子を前方に収束させ、スーパーカミオカンデ方向へのニュートリノを増加させる装置。電流の方向を逆にすることで反ニュートリノビーム運転が可能。

スーパーカミオカンデ

破れは、クォークでは実証されていますが、宇 宙の成り立ちを説 明するにはいまのところ不十分です。そこで注目されているのJ - PA R C から発 射されたニュートリノビームは直径 39.3m 、高さ41.4ｍの水槽に 5 万トンの純オカンデは、神岡鉱山の地下 1000ｍにある、東ンサー）を装着、水中でニュートリノが稀に反応がニュートリノです。T2K 実験では、今後、スーパーカミオカンデに到達します。スーパーカミに増強し、データ量を数十倍に増やすこと

京大学宇宙線研究所の巨大なニュートリノ観測

ニュートリノを作る陽子ビームの強度をさらで、ニュートリノにおける「 CP 対称性の破れ」を99.7% 以上の信頼度で検証することを目指します。

装置です。1996 年 4月から観測を開始し、飛来するニュートリノの観測を続けています。装置は、水をたくわえ、11,129 本の光電子増倍管（光セする際に発生する微弱なチェレンコフ光を検出することにより、ニュートリノの種類、飛来方向とエネルギーを決定できます。
スーパーカミオカンデで使用されている光電子増倍管。世界最大、直径約 50cm（写真提供：東京大学宇宙線研究所 神岡宇宙素粒子研究施設）

原子核・ハドロン物理

フレーバー物理

ハドロン実 験 施 設 で の 研 究

ハドロン実験施設
ハドロン実験ホールとハドロン南実験棟

多 彩なビームで探る宇宙・物質の起 源「ハドロン」とは、強い相互作用をしている粒子の総称です。ハドロン実験施設の研究では、物質を構成する究極の要素が何であるか、どのような力がそれらを結びつけているかといった、物質の成り立ちを極微のスケールで研究します。陽子・中性子以外の粒子を含む、通常にはない原子核を生成し、原子核をまとめている核力の研究をするほか、原子核素粒子物理学の多様な実験を行っています。

ハドロン実験ホールは、幅 58m 、長さ56m の建物で、加速器からの 30GeV陽子ビームを導く一次陽子ビームライン、二次粒子生成標的、ビームダンプ、二次ビームライン、実験装置等が設置される、ハドロン実験施設の中心となる建物です。現在、一次陽子ビームラインの Aラインには二次ビームラインとしてK1.8BR 、K1.8 、KL の 3 本のビームラインとそれぞれに実験エリアが設置されています。ビームライン名称の「 K 」はK 中間子を表しています。

また、加速器からの陽子ビームのごく一部を切り出し輸送するBライン（高運動量ビームライン）
では、一次陽子ビームを使用する実験が行われます。

さらにCラインは、加速器からの 8GeV 陽子ビームをハドロン南実験棟に輸送し、ミューオン電子転換事象探索の実験（ COMET 実験）が行われます。

［ KLラインに設置されたKOTO 測定装置］
中性 K 中間子のCP 対称性を破る崩壊モードを探索します。

未知の物質世界へ ── ハイパー核
地 上の通 常の物 質の原 子 核は核 子（ 陽子や中性子）が結びついて構成されます
が、ハドロン実験では、通常にはないストレンジクォークを含む原子核「ハイパー核」を作ることができます。原子核を構成する核子同士は引き合っているからこそ原子核とK1.8してまとまることができるのですが、核子同士を近づけると大きな反発力が生じます。
その起 源は未 解 明のままで、ハイパー核［ K1.8ビームラインに設置されたの性 質を研 究することで、近距離の核力高分解能 S-2Sスペクトロメータ］が調べられると期待されています。

2022 年に新しく設置された大型電磁石3 台の前後に検出器をセットアップ。ハまた、中 性 子 星は密 度が 太 陽 の 1 0 倍14以上もある非常に重い星です。中性子星

イパー核の構造やハイペロンに働く相の最中心部には、ストレンジクォークを含む互作用を調べます。

K1.8BR「 ハイペロン」が 存 在するのかが 議 論にKLなっています。ハイパー核やハイペロンの研 究によって中 性 子 星 中 心 部の物 質がhigh-p明らかになるかもしれません。

2023 年に COMET 実験専用のビームラインが完成。
ミューオン電子転換事象を探索します。ミューオンがニュートリノハドロン質量の不思議さの探究を出さずに電子に転換する事象で、見ハドロンの中にはクォークが存在しますが、高温・高密度の環境であれば、周りの物質見につながります。

クォークの元々の質 量の和とハドロン質と相互作用することでクォーク対が少なく量には、100 倍もの差があります。それを説なり、質量が軽くなると予想されています。

明するのが、南部陽一郎博士が提唱したハドロン実験施設では、原子核中でファイなぜ重いほうが安定するのか?

理 論「カイラル対 称 性の自発 的 破れ」で中間子を作り、ファイ中間子の質量がどの［クオーク質量の謎］す。この理論によると、宇宙初期のようなように変化するかを検証します。

クオーク

自由クオーク束縛クオーク

つかれば標準理論を超える新物理の発標準理論を超えてストレンジクォークやミューオンを大 量に生 成するハドロン実 験 施 設では、C P 対称 性を破る中 性 K 中 間 子 の 稀な崩 壊を探るKOTO 実験やミューオンの稀な崩壊を探るC O M E T 実 験など、標 準 理 論では徴に、標準理論を超える物理の兆候を捉

非 常に稀にしか起こらない 物 理 現 象 のえようという素核研の多角的な研究の一探索を進めています。特定の過程の観測翼を担っています。

に焦点を当てて深掘りする実験設計を特［高運動量ビームラインに設置されたFMスペクトロメータ］
ハドロン質量はどのように産み出されたのか、原子核中のハドロンの性質を調べます。

COMET

理論物理

エネルギーフロンティア

原子核・ハドロン物理

フレーバー物理

宇宙素粒子物理

宇宙素粒子物理理 論センター

実験的宇宙物理研究（CMB）グルー プ

究極への探 究

宇宙を実験室に、物理学の根本法則を探求する

宇宙を支配する法則とは何か。宇宙はどのように始まったのか。素粒子原子核研究所で行われている多くの実験プロジェクトは、こうしたこの宇宙は、138 億年前に熱いビッグバン以前の急速な膨張「インフレーション」から始まったと考えられています。この決定的な証拠を疑問にせまる取り組みと言ってもよいでしょう。それらを支えているのが理論研究です。素粒子の法則はどうなっているのか。原子核の性探るために宇宙最古の光である宇宙マイクロ波背景放射（ CMB ）の観測が行われています。CMBの中に特殊な偏光モード（ Bモード偏質は? ダークマターの正体は何か? 空間とは、時間とは、そして量子とは何か? 理論センターでは、実験データと数学と計算機、そして想光）が刻まれている事を観測できれば、それがインフレーションの証拠となり、科学史において最大級の発見となるのです。CMBグループ

像力を駆使して「究極」を探求しています。

では、CMBのBモード偏光観測達成を目指し研究を行っています。

理論研究の楽しさとは［地上観測実験

POLARBEAR/Simons Array ］

素粒子や原子核のもつ複雑な性質や宇宙の歴から出発して作られた理論ですが、その数式を解チリ・アタカマ砂漠でCMB 偏光観測実験を行っています。超伝導技術を用いた1000 個以上の史は、シンプルな1セットの数式を使って表すことくことで重力の法則や宇宙の法則など驚くほどに破れることを示しました。簡単な原理から多く素子からなる光検出器を搭載した望遠鏡を用いができます。例えばアインシュタインの一般相対多くのことを教えてくれます。小林・益川理論はの結果が導かれる。だからこそ原理に迫りたい。

性理論は、空間と時間が満たすべき簡単な原理

素粒子が 3 つの世代を持てば CP 対称性が自然て世界最高レベルの CMB 偏光測定感度を達それが理論研究の大目標です。

成することを目指しています。

［ LiteBIRD 衛星計画］

自然界の謎の解明に向けた、幅広い研究分野広視野のミリ波偏光望遠鏡を搭載した衛星に宇宙仕様の超伝導検出器を約 4500 個を搭載し、従来の観測と比べておよそ100 倍の感度で素粒子物理における最大の課題は、現在の素のハドロンが 存 在します。加 速 器で作られるさす。宇 宙 観 測でその存 在が 確 実 視されている粒子の標準理論を超える理論を確立すること。

まざまなハドロン物 質から、超 高 密 度が 実 現さダークマターは素 粒 子の標 準 理 論に変 更をせション宇宙論をくまなく検証することを目指していそのためにまずは解決への糸口をさぐる必要がれている中性子星内部、超高温の宇宙初期ままる一 方 、素 粒 子の性 質は銀 河をこえる宇 宙ます。

あります。実 験や観 測を通じてどう検 証すればで、ときにはスパコンによるシミュレーションもの構 造に影 響を与えます。そもそも宇 宙はどういいのか探ることが課題となります。

駆 使しながら、クォークが 作る世 界を研 究してやって始まったのか。宇 宙 理 論や超 弦 理 論を自然界を形づくる原子核は陽子・中性子からでいます。

調べることで、そんな途 方もない疑 問にすら科きていますが 、自然 界にはそれら以 外にも多く

素 粒 子 原 子 核と宇 宙は不 可 分の研 究 対 象で学的な答えが得られるかもしれません。

C M B 偏 光 観 測を行います。主 要なインフレー

フレーバー物理

ミューオン・中性子グルー プ

原子核・ハドロン物理

和 光 原子 核 科 学センター

究極の精密測定で素粒子の新物理法則に迫る
量子力学には、不確定性の条件のもとで、さまざまな素粒子が一時的に現れて消える「量子ループ効果」があります。量子ループに現れる素粒子や相互作用には、標準理論に含まれない未知の物理法則も含みます。この効果は異常磁気能率（ g-2 ）や電気双極子能率

元 素の起源を探る（ EDM ）に直接現れます。
ミューオン・中性子グループでは、これらを精密に測定することにより標準理論を超える未知の物理法則に迫る研究を行っています。

埼玉県和光市の理化学研究所内にある、和光原子核科学センターでは、KEKが開発した国際的にユニークな原子核実験装置 KISSを使って自然には安定に存在しない短寿命な原子核を人工的に作り出し、共同利用実験に供しています。和光原子核科学センターは、理化学研究所 仁科加速器科学研究センターと連携して、新同位体の発見や、宇宙における重い元素の起源の解明を目指しています。

とりわけ金・白金やウランの起源となるKISSは、あるニホニウム同位体の質量測定計画にも使短寿命の原子核の生成に適した装置です。新われており、新元素の同定の基礎となるだけでたに開発された多重反射型飛行時間測定式質なく、現 在の超 重 元 素より遥かに重く、長 寿 命量分光器（ MRTOF ）を使って、元素の起源のな原子核が存在すると予測されている「安定の解明を目指しています。MRTOF は超重元素で島」の発見にも貢献すると期待されています。

KISS 装置に設置したMRTOF 内部構造：短寿命核の質量測定だけでなく、環境汚染物質の分析への応用も可能

ミューオンg-2/EDM 実験

中性子 EDM 探索実験 TUCAN

J-PARCでミューオンの g-2および EDM の超精

超冷中性子という非常にエネルギーの低い中性密測定を行う実験です。g-2は先行実験によっ子を物質容器に閉じ込め、電磁場中でのスピンて理 論 予 想 値からのずれが 示 唆されており、歳差運動を超精密に観測することによって中性J-PARCでこれを検証します。世界初のミューオ子 EDMを探索しています。カナダTRIUMF 研究

大きさの蓄積磁石を用いて、1 千万分の1の精度

先 行 実 験と比べて 1 0 倍の測 定 感 度で中 性 子ンの冷却・加速装置、従来と比べて20 分の 1 のでg-2を測定することを目指しています。所に世界最大強度の超冷中性子源を建設し、EDMの発見を目指しています。

テストビームライン ： 0.5GeV 〜 5GeV 程度の電子ビームを利用して測定器試験を行います。2023 年 4月から大学共同利用を開始しました。

国際協力・人材育成
このような素粒子、原子核、宇宙の研究を進めるためには、世界中の研究者たちと連携し、それぞれに得意な技術を活かしながら協力し、あるいは競争しながら取り組む必要があります。
素核研には以下の国や地域から研究者が定常的に来訪し、物理学の議論を深めたり、必要な作業を行ったりしています。
素核研の研究者は、世界中の優れた研究者たちとの競争と協力を通じて、人類共通の財産となる新たな知を得るべく研究に取り組んでいます。
また、将来の研究を担う優秀な人材を育てることにも力を注いでいます。
欧州・アフリカ・中東

測 定 器開 発センター

測定器開発センターは、測定器開発テストビームラインの運用を目玉に、分野を超えた測定器開発の拠点として、あるいは研究者交流の場として、測定器技術開発を大学共同利用ユーザーと共に進めていくことを目的に創設されました。素粒子原子核分野に閉じることなく幅広い分野の研究者が交流することで新しい研究の芽を育て、若手研究者が自由な発想のもと活躍できる場になることを目指しています。

実験・研究をサポート

低温グループエレクトロニクスグループ

メカニカルエンジニアリング

素粒子原子核物理学の分野で必要とされる超測定器開発に必要な、センサー、高集積高速信研 究に必 要な検出器やテスト用 装 置 、精 密 組

伝 導・低 温 工 学に関する装 置の研 究 開 発・建号処理、分散データ処理制御システムの開発・立架台など、様々な構造物の設計、技術開発を設・運転を行っています。

保守を行っています。

行っています。

安全グループ

コンピューティンググループ

安全な研究環境の構築と安全意

素粒子実験に用いる計算機やソフ識の向上を推進しています。

トウェアの開発・改良・運用支援を行っています。

北米・中南米ARMENIALEBANON

AUSTRALIACANADA

AUSTRIANETHERLANDSCHINAMEXICOBELGIUM

POLAND

HONG KONG

U.S.A.

CZECHIARUSSIA

INDIA

DENMARKSLOVENIAINDONESIAFINLAND

SPAIN

KOREA

FRANCE

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技術革新による未知の発見

アジア・オセアニア

高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所
茨城県つくば市大穂 1-1

https://www2.kek.jp/ipns/ja/
2023.10